含CaCl2的深水油基钻井液中甲烷水合物的生成规律研究

深水钻井常采用含有CaCl₂的油基钻井液,施工时气体侵入钻井液可能会导致水合物的生成,增加钻井风险。因此,明确钻井液中水合物的生成规律对水合物的防治工作具有指导意义。采用高压水合物搅拌釜,实验研究了含水率为10%、20%、40%的油基钻井液分别在273.15 K、275.15 K、278.15 K和CaCl₂质量浓度为3.5%、10%条件下的水合物生成规律,分析了水合物生成过程中钻井液的相对电流变化。实验结果表明,油基钻井液中水合物的生成可分为诱导、快速生成和缓慢生成三个阶段,在快速生成阶段,温度和盐度对水合物生成速率影响较小,随含水率增大,水合物生成速率增大;低含水率（10%、20%）时,水合物生成时钻井液的相对电流几乎不增大;高含水率（40%）且水合物体积分数小于15%时,钻井液的相对电流增大不明显,水合物体积分数为15% ~ 28%时,钻井液的相对电流随水合物体积分数的增大而增大,增幅为10% ~ 50%。     

关于聚胺和“聚胺”钻井液的几点认识

近年来,为满足环保要求和降低钻井液成本,国外钻井液公司研制了一种以胺基抑制剂为主剂的高性能水基钻井液,因其良好的抑制性和环保性能而深受重视。近期,受国外胺基抑制性钻井液研究与应用的启示,国内出现了"聚胺"热。聚胺是指重复结构单元中含有胺基的聚合物,而钻井液行业所谓的"聚胺",并非真正意义上的聚胺,而是聚醚的胺基化产物,即端氨基聚醚或聚醚胺,其主要合成方法包括聚醚催化还原加氢胺化法、聚醚腈催化加氢法和离去基团法。胺基聚醚独特的分子结构,能很好地镶嵌在黏土层间,并使黏土层紧密结合在一起,从而有效抑制黏土和岩屑的分散,且其抑制性持久,有利于井壁稳定和储层保护,可以单独作为钻井液抑制剂或防塌剂,也可以形成胺基聚醚钻井液体系。在胺基聚醚钻井液设计中,要突出胺基聚醚的主体作用,钻井液中胺基聚醚的量的控制及配伍处理剂的选择是该体系控制的关键。强抑制性及可生物降解是胺基聚醚钻井液体系的突出之处。需要指出的是,胺基聚醚作为一种有效的钻井液抑制剂,其抑制性评价方法还需要进一步探讨。     

水基钻井液润滑剂研究进展

通过向钻井液中添加优质润滑剂降低井下摩阻,是预防和解决钻井安全问题的主要技术手段。对钻井液润滑剂而言,除要求其具备减少摩擦与磨损这两项最重要的润滑功能外,还应与基浆有良好的配伍性,对钻井液的流变性和滤失性不产生负面影响,还要具有良好的热稳定性、抗氧化性;不能降低岩石的破碎效率。钻井液润滑剂必须向环保、兼具抑制的方向发展。总结了近年来水基钻井液用润滑剂的研究成果,并对润滑剂的分类、评价方法及润滑作用机理进行小结。固体润滑剂通过分离两摩擦界面并转变两界面间的摩擦方式来增强润滑作用;而液体润滑剂通过吸附改变固相颗粒表面性质以及吸附层分子间的作用来影响颗粒表面之间的摩擦性质。在高温条件下,润滑剂的热稳定性、氧化稳定性能是影响润滑剂性能的主要因素。植物基油由于可满足环境保护以及油气层保护的要求,因此其化学改性是开发新型低毒润滑剂的趋势之一。目前,在模拟钻井液井下条件下,用于考查润滑剂性质的实验设备、评价方法以及润滑作用机理等方面的深入开发和研究有待加强。     

金属纤维悬浮液中天然气水合物生成特性实验研究

水合物缓慢的生成速率已经成为水合物储运天然气技术应用的一大障碍。基于静态强化水合物生成技术,以含悬浮金属纤维的表面活性剂溶液作为水合储气介质,研究4.0～7.0 MPa下天然气水合物在悬浮溶液中的生成动力学特性。研究结果表明,金属纤维优良的导热性能够促进水合物快速生成,同时纤维的粗糙表面可促进水合物成核,水合物在金属纤维悬浮体系中的储气量与储气速率均明显高于表面活性剂溶液中的水合特性。在实验压力下,悬浮体系中水合物成核诱导时间明显降低,同时储气量可以达到87.3～129.6 m³·m^-3,比表面活性剂溶液中的增加了5.0%～23.4%;储气速率达到4.4～25.1 m³·（m³·min）^-1,比表面活性剂溶液中的提高了1.1%～39.8%。研究结果可为水合物储气技术在天然气储运方面的应用提供技术参考。     

羧甲基纤维素钠对CH4水合物形成过程的影响

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是水基钻井液中的重要组分,为研究CMC-Na对天然气水合物热力学和动力学的影响,实验测量了质量浓度介于0.5%～1.5%的CMC-Na溶液中甲烷水合物的相平衡条件,以及275.2 K、6 MPa的初始条件下CMC-Na溶液中甲烷水合物的形成过程。研究结果表明,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有微弱的抑制作用,相同压力下相平衡温度降低了0.1～0.2 K。CMC-Na溶液中形成的甲烷水合物为Ⅰ型,水合物数为5.84～5.90。在CMC-Na溶液中,甲烷水合物形成所需的诱导时间大大缩短,表明CMC-Na对甲烷水合物的形成过程具有促进作用。在CMC-Na溶液中水合物生成所需气体消耗量呈阶段式增长。水合物转化率低于35%的情况下,已经生成的水合物没有对搅拌器叶片形成持续附着进而卡住搅拌器。因此,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有一定的负面影响,对水合物的形成具有一定的促进作用。另外,CMC-Na能够降低水合物生成过程中搅拌扭矩的波动,对维持搅拌的正常运行具有重要作用。     

多孔介质中甲烷水合物的生成特性研究进展

天然气水合物是一种清洁高效的能源,常常在自然界中的海底沉积物多孔介质孔隙中生成,同时水合物在工业上还能与多孔介质材料一起作为储存及分离气体的一种方式,因此开采利用水合物以及发挥水合物工业技术的前提都跟多孔介质有莫大的关系,对多孔介质中天然气水合物生成特性的研究进行总结与分析具有非常重要的意义。本文总结分析了国内外关于不同类型多孔介质中甲烷水合物的生成过程及特性的研究文献,将多孔介质根据其孔径大小进行划分。结果显示,在微孔介质中,甲烷水合物的生成侧重于气体的存储及运输方面;在介孔介质中,甲烷水合物的生成动力学受孔径影响较大;在大孔的沉积物中,甲烷水合物的生成及分布的机理性研究仍比较缺乏。因此,需要进一步的研究来丰富甲烷水合物在多孔介质中的生成动力学理论,本文将在文献调研的基础上为今后的研究方向提出一些展望和思路。     

聚乙烯吡咯烷酮对钻井液水合物抑制性能的影响研究

随着全球油气钻探由海洋浅水区向深水区发展,深水油气钻探中水合物的防治研究也得到了日益重视。聚乙烯吡咯烷酮作为一种非常成熟的水合物动力学抑制剂,被广泛应用于油气生产运输中。向应用于某浅水油气田的钻井液中添加0.5wt%、1.0wt%和2.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮,首先对其低温常规性能进行实验评价。结果表明,0.5wt%和1.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮的加入对钻井液的流变性能不会产生明显影响,2.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮加入会影响钻井液的流变性能而导致钻井液无法满足钻井需求;随后在4℃、6 MPa ~ 10 MPa条件下,利用1.2 L定容反应釜,通过观察温度和压力的变化,研究了0.5wt%和1.0wt%聚乙烯吡咯烷酮加入后对钻井液中水合物形成的影响,研究结果表明：当温度为4℃、进气压力在6 MPa ~ 10 MPa时,进气后500 min内聚乙烯吡咯烷酮对钻井液中的水合物形成具有一定的抑制作用,浓度越高抑制效果越明显,但聚乙烯吡咯烷酮的加入不能完全抑制水合物的生成。     

川东北高含硫天然气采输全流程中水合物生成及抑制研究进展

川东北高含硫气藏在开采、生产和集输过程中,极易形成天然气水合物,严重制约了高含硫气井的安全高效开发。水合物的形成需要满足一定的热力学和动力学条件,实际生产中,天然气组分、温度、压力及地层水矿化度等都会对水合物形成的相平衡条件产生影响,其中硫化氢含量的影响最为显著,低温高压和高硫化氢含量是水合物生成的重要原因。高含硫天然气一旦生成水合物,水合物颗粒会快速运移和聚集,极易在井筒、井口、场站、集输管线节流部位形成冰堵。自由水、硫化氢含量、节流效应、温度、压力及残余物等都会对水合物堵塞造成影响,其中自由水是形成高含硫天然气水合物堵塞的关键因素。高含硫天然气水合物防治措施主要分为热力学防治和动力学防治,破除水合物生成的热力学条件是水合物防治的关键,开发高效水合物动力学抑制剂是水合物防治的热门思路。     

低剂量抑制剂Inhibex501存在下的甲烷水合物相平衡研究

含动力学抑制剂的天然气水合物相平衡研究对新型低剂量抑制剂的开发具有指导作用。在283.6 ~ 290.9 K和7.51 MPa ~ 15.97 MPa的温压范围内研究了抑制剂Inhibex501及其溶剂2-乙二醇单丁醚对甲烷水合物相平衡条件的影响。实验结果显示,0.5wt%和2.0wt%浓度的Inhibex501对甲烷水合物形成的热力学条件具有促进作用,能使甲烷水合物形成移向更高的温度或者更低的压力,而2-乙二醇单丁醚在浓度0.2wt% ~ 1.0wt%范围几乎不改变甲烷水合物形成的热力学条件,N-乙烯基己内酰胺与N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物对水合物形成热力学条件的改变起主要作用。     

含水合物沉积物的渗透率实验研究

天然气水合物储层的渗透率是影响水合物开采时气、水运移的关键,也是水合物开采潜力评价、资源评价、开采工艺选择等需要了解的关键参数.目前,国内外学者对天然气水合物储层的渗透率进行了一定的研究并有了初步认识.但是,对于围压、轴向压力、水合物饱和度、赋存模式等对水合物沉积物渗透率的影响机制和机理还不清楚.本文在自主设计的水合物...     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

热激励的CO_2置换CH_4水合物的实验研究

CO_2置换CH_4水合物具有在开采天然气水合物的同时储藏CO_2的功能.天然气水合物因其可燃烧、燃烧后污染小、储量巨大等特点被认为是未来最有可能的能源替代品,但CO_2置换天然气水合物存在反应周期长、置换速率低的缺点.提出了一种借助CO_2水合物生成热量激励CH_4水合物分解的方法,在低温、高压的纯水体系中,研究了温度为275.15 K,置换压力分别为2.3、2.5、2.8、3.0 MPa时有热激励和无热激励两种置换反应的区别.研究结果表明,有热激励的置换反应,由于提供了额外的热量,使CH_4水合物更易分解,从而加速了置换反应的发生,提高了置换速率.     

提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,导致钻井过程中出现严重坍塌和膨胀缩径,以及严重造浆等问题,从4个方面(合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性,减少钻井液滤液进入地层,强化封堵)阐述提高井壁稳定性的途径,介绍国内在钻井用化学剂方面开展的研究工作,同时介绍近年来出现的通过添加不同新型化学抑制剂形成的强抑制水基钻井液,如聚合醇钻井液、强抑制胺基钻井液、有机硅聚合物钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液等.提出围绕提高井壁稳定性的研究方向:提高对钻井液中低密度固相控制的认识,重点考虑固相化学控制剂的研究,通过低密度固相的控制,提高钻井液抑制性;考虑在现场钻井液检测性能中增加抑制性检测指标和方法;以低相对分子质量聚胺为代表的钻井液抑制剂是阳离子钻井液的新发展,应加强其机理研究;重视铝基化合物或络合物的研发,强化钻井液的抑制性及封堵作用.     

含甲烷水合物的石英砂渗透率实验和分形模型对比研究

含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612 μm的石英砂为多孔介质,采用稳态注水法测量在不同甲烷水合物饱和度（0 ~ 28.56%）下的石英砂渗透率,将实验数据与两种不同水合物赋存形式（颗粒包裹、孔隙填充）下的石英砂渗透率二维分形模型进行了对比。结果表明,石英砂渗透率比K_r随甲烷水合物饱和度S_h的增大呈现指数减小的趋势。当水合物饱和度低于11.83%时,渗透率比下降缓慢。而当水合物饱和度高于11.83%时,渗透率比下降迅速;当饱和度指数n = 12时,渗透率分形模型与实验数据吻合良好。通过分形模型与实验数据对比,发现当水合物饱和度低于11.83%时,甲烷水合物的赋存形式为颗粒包裹型。在11.83% ~ 28.56%水合物饱和度范围内,甲烷水合物的赋存形式为孔隙填充型。本研究成果量化了石英砂渗透率与甲烷水合物饱和度的关系,确定了含甲烷水合物的石英砂的渗透率分形模型的参数取值。